地质雷达在混凝土质量检测中的应用研究.pdf
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1、第 l 卷 第 5期 2 0 0 4年 l O月 工程 球 物理荸 赧 CHI NES E J OURNAI OF ENGI NEERI NG GE OPHYS I C S Vo1 1 No 5 0ct ,20 0 4 文章 编号 : 1 6 7 2 7 9 4 0 ( 2 0 0 4 ) 0 5 0 4 4 7 0 5 地质 雷达在 混凝土质量检 测 中 的应用研 究 魏 超 ,肖国强 ,王 法刚 ( 1 中国地 质大学地球物 理与空间信息学院 , 武汉 4 3 0 0 7 4 ; 2 长江水 利委员会 长江 科学院 , 武汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘 要 :混凝土质量检测以前主要采用
2、钻孔取芯等传统检测方法。由于一些新技术、 新工艺和新设备的引 进 , 导致混凝土浇筑速度加快 , 传统 的检测方法不能满足混凝 土质量检 测的要求 , 必须寻求新 的快速 、 有效 的 无损检测方法 。本文通 过制作混凝土模 型, 内部设置了混凝土浇 筑过程 中易 出现 的质量缺 陷, 利用地质雷 达 技术对其进行探测 。通 过试 验研究 , 表明利用地质雷达技术可 以探测到较小尺寸 的缺陷体 , 而且混凝土龄 期 越短 , 探 测效果越 明显 。 关 键词 :地质雷达; 混凝土质量; 缺陷体; 检测 中图分类 号 : P 6 3 1 2 文献标 识码 : A 收稿 日期 : 2 O 0 4
3、1 o 一1 6 THE APPLI CATI oN oF GEoRADAR I N CoNCRETE QUAL I T Y DE T E C T I ON W EI Ch a o XI AO Gu o q i a n g W ANG Fa ga n g ( 1 I n s t i t u t e o f Ge o p h y s i c s a n d Ge o ma t i c s ,Ch i n a Un i v e r s i t y o J 、 Ge o s c i e n c e s ,Wu h a n 4 3 0 0 7 4, Ch i n a: 2 Y a n gt z e R
4、i v e r Sc i e n t i fi c Re s e a r c h I n s t i t u t e ,Wu h a n 4 3 0 0 1 0,Ch i n a ) Ab s t r a c t :Th e c or e dr i l l i n g wa s u s e d f o r d e t e c t i n g t h e c o nc r e t e q u a l i t y i n t he p a s t Du e t o t he a pp a r e a ne e of n e w t e c hn ol o gi e s a nd ne w e qu
5、 i pme nt t ha t s p e e d u p t h e c o nc r e t i n g,t h e t r a di t i o n a l me t ho ds c a n t s a t i s i f y t h e r e qu e s t me nt s of t h e c on c r e t e qu a l i t y d e t e c t i o n,S O t he mor e f a s t a nd e f f e c t i v e no n d e s t r u c t d e t e c t i on me t h od s a r
6、e n e e de d W e h a d do ne c o n c r e t e qu a l i t y de t e c t i o n by u s i ng ge or a d a r,bu t i t wa s ma i nl y u s e d f o r de t e c t i n g t h e c e me nt a t i o n q ua l i t y be t we e n t h e c o nc r e t e a n d t h e i n t e r f a c e,s u c h a s d e t e c t i n g t h e c e me
7、 nt a t i on s t a t u s b e t we e n t h e t u nne l o r c a v e l i n i ng c o nc r e t e a nd t he wa l l r o c kI n t h i s pa pe r。t h e c o nc r e t e mod e l s wi t h d e f e c t s t ha t of t e n a pp e a r i n c o n c r e t e s a r e d e t e c t e d b y u s i n g g e o r a d a r Th e r e s
8、u l t s i ndi c a t e t ha t g e o r a d a r c a n d e t e c t t h e d e f e c t b o di e s wi t h muc h s m a l l s c a l e s ,a nd t he d e t e c t i o n e f f e c t s a r e mo r e e f f e c t i v e f o r t h e ne w c o nc r e t e Ke y wo r d s :g e o r a d a r ;c o nc r e t e qu a l i t y;d e f e
9、 c t b od i e s;de t e c t i o n 作者简 介: 魏超( 1 9 8 1 -) , 男, 湖北省十堰人 , 现为中国地质大学 2 0 0 3 级硕士研究生 , 专业方向为地球探测与信息技术 , Ema i l :t u g _ we i 1 6 3 t o m。 维普资讯 http:/ 44 8 工 程 地 球 物 理 学 报 ( Ch i n e s e J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g Ge o p h y s i c s ) 第 1卷 引 言 混凝土质量检测主要包括混凝土体内部不密 实体 和空洞 等 质量 缺 陷
10、 探测 , 以往 探 测 混 凝 土 内 部质 量缺 陷主 要采 用 钻 孑 L 取 芯 、 压 水 试 验 和钻 孑 L 声波 等检测 方 法 。这 些 检测 方 法 对 以上缺 陷 是非 常有 效的 。但 由于现 在混 凝 土 浇筑 引进 了新 技术 , 新工 艺 以及 新设 备 , 比如三 峡工 程大坝 混凝 土浇 筑 采 用 新 型进 口塔 带 机 来 运 输 混 凝 土 料 , 这 些新 技 术 、 新工 艺 以及 新设 备 的引 进 , 势必 导致 混凝 土浇 筑速 度 加 快 , 因此 对 混 凝 土质 量 检 查提 出了新的要求 , 要求寻求快速有效的检测方 法 。本文 主要介
11、 绍利 用地 质雷达 探测 混凝 土 内部 缺 陷的可行 性 研 究 。在 这 之前 , 工 程 技 术人 员 已 经利 用地 质雷 达检 测 混 凝 土质 量 , 但 主 要用 于 混 凝土 与其接 触 面之 间 的胶 结 质 量 检 测 , 如检 测 隧 道或 洞室 衬砌混 凝 土 与 其 围岩 的胶 结 情 况 , 是 否 有脱 空等 影响工 程安 全 的不 良缺 陷体 。 2 地质雷达探测原理 地质雷达是将高频 电磁波以宽频带短脉冲形 式通过发射天线 向地下发射 , 在地下介质中传播 的脉 冲 电磁 波遇 到不 同电性介 面 时就会 产生反 射 波 , 由接 收 天 线 接 收 反 射
12、 回波并 记 录 反 射 时 间 。 电磁波在介质中的传播速度为 ( c e ) , 式 中 c 为 电磁波在 真空 中的传 播速度 , 约 0 3 m n s , e 为 相对 介 电常数l_ 2 j 。 地质雷达 检测工作采用如 图 1 ( a ) ( 探测模 型) 所 示 的剖 面 法 , 即在 混 凝 土表 面 布 置测 线 , 固 定发 射天线 和接 收天线 之间距 。根据 检测 精度 确 定 点距 , 沿测 线方 向同步逐 点移 动进行 测试 。 在 如 图 1 ( a ) 所 示 的地 质模 型 中 , 将 每 一测 点 所 记 录的波形 绘于 图 1 ( b ) 中 , 其 中
13、横 向轴 为 每一 测 点沿测线 方 向 的位 置 , 纵 向轴 为时 间轴 , 即每一 测 点所记 录 的波形 随时 间的变化 。将 所有测 点所 记 录 的波 形绘 制 在 一 起 , 即得 图 1( b ) 所 示 的波 阵图。在波阵图中靠近横向轴最早被接收的一组 波 为每一 测点处 由发 射天线 到接 收天线 的空气 直 达波 , 波前 呈弧 形 的一 组 波 为缺 陷 体 所 产生 的 绕 射波 。最后一组为不同介质界面的反射波。根据 上 图所 示 的波 的旅 行 时 ( 亦 即双 程 走 时 ) 的 幅度 、 频率 与波形 变化 资 料 , 可 以推 断 介 质 的 内部 缺 陷
14、卜 测点距一 - ( a ) 探 测 模型 ( b ) 波 阵图 图 1 地质雷达探测原理 Fi g 1 Ge or a da r me a s ur i n g p r i nc i p l e 体埋深、 形状等特征参数。反射脉 冲的信号强度 与缺陷体的波的反射系数、 穿透介质 的波的吸收 程度 以及 干扰 电平等 有关 。 3 检测物理前提 表 1 列 出与混 凝 土质量 检测 有关 的几种介 质 的物 性参 数 。从 表 1 可 以知 道 : 当混 凝 土体 中 出 现不密实体或空洞等质量缺陷 , 这些部位的部分 空间变 为空 隙 , 并被 空气 或水 充填 , 其 物 性参数 介 于被
15、充填 物 与 混凝 土 之 间 。其 空 隙率 越 高 , 存 在 缺 陷混 凝土 的物性 参数 与完 整混凝 土 的物性参 数 之 间 的差 异就 越大 。 表 1 介质物性参数表 Ta b l e 1 Th e p h y s i c a l p r o p e r t y p a r a m e t e r s o f t h e me d i u m 维普资讯 http:/ 第 5 期 魏超等 : 地质 雷达 在混凝土质量检测 中的应用研究4 4 9 4 模 型制作 为研究 地质 雷达 检测混 凝土 质量 缺陷 的可行 性 , 专 门制作 了 l O m6 m2 m 的 大体 积 混
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- 关 键 词:
- 地质 雷达 混凝土 质量 检测 中的 应用 研究
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